Функции буровых растворов

Введение
Для чего нужны буровые растворы?
Цель бурения – пробурить, оценить и закончить скважину, которая будет давать газ /
нефть с высокой эффективностью.
Применение буровых растворов, выполняющих многочисленные функции, позволяет сделать эту цель возможной

Задачи:
После изучения этой темы вы сможете:
Оценить важность буровых растворов
Перечислить главные функции буровых растворов

Функции буровых растворов
Команда «13»:
Удаление шлама из скважины и вынос его на поверхность
Контроль давления в скважине
Поддержание шлама во взвешенном состоянии
Формирование фильтрационной корки
Сохранение стабильности ствола скважины
Охлаждение, смазка и поддержание долота и бурильной колонны
Передача гидравлической мощности на забой скважины
Передача сигнала от телесистемы

Функции буровых растворов
Команда «13» (продолжение):
Создание условий для сбора и интерпретации анализа шлама, кернов и
геофизических исследований
Сохранение эксплуатационных свойств пласта
Оптимальные поверхностно-кольматирующие свойства
Правильно подобранная рецептура (отсутствие веществ необратимо загрязняющих ПЗП)
Повышение эффективности процесса цементирования обсадных колонн
Уменьшение коррозионной активности
Безопасность персонала бурового бригады и окружающей среды

Удаление шлама из скважины
На удаление шлама из скважины влияют:
Размер, форма и плотность твердых частиц;
Скорость проходки;
Вращение бурильной колонны;
Скорость восходящего потока в затрубном пространстве;
Вид профиля скважины:
Вертикальный
Наклонно-направленный
Горизонтальный

Удаление шлама из скважины
Эффективность удаления шлама зависит от параметров бурового раствора:
Плотность
Реологические характеристики:
YP (Динамическое напряжение сдвига)
LSRV (low shear rate viscosity)
n, k

Контроль давления в скважине:
Плотность —- масса единицы объема.
Гидростатическое давление — давление, создаваемое неподвижным столбом раствора; оно зависит от плотности раствора и фактической вертикальной глубины.
Давление бурового раствора должно компенсировать:
Поровое давление / Пластовое давление (давление флюидов на вмещающие их)
Горное давление (геостатическое или литостатическое)
Кроме того, гидростатическое давление бурового раствора компенсирует напряжения, создаваемые в результате воздействия тектонических сил в зонах, прилегающих к стволу скважины . Устойчивость ствола скважины , пробуренной в зоне тектонических напряжений, обеспечивается поддержанием баланса между гидростатическим давлением и тектоническим напряжением.

Поддержание шлама во взвешенном состоянии
Буровой раствор должен удерживать во взвешенном состоянии:
Выбуренные частицы породы
Утяжеляющие материалы
Различные добавки (например, наполнители)

Поддержание шлама во взвешенном состоянии
Поддержание твердой фазы во взвешенном состоянии после остановки циркуляции
зависит от тиксотропных свойств раствора.
Эффективность работы оборудования по очистке бурового раствора (вибросит, гидроциклонов и т.д.) зависит реологических характеристик раствора.

Формирование фильтрационной корки
Фильтрационная корка образуется на стенках скважины под действием перепада
давления и выполняет изолирующую функцию
Что делает фильтрационная корка?
Препятствует проникновению компонентов бурового раствора и его фильтрата в пласт
Предотвращает поглощения бурового раствора
Корка, сформированная из правильно подобранного кислото-растворимого кольматанта,
защищает продуктивные пласты
Предупреждение набухания и гидратации глин, находящихся в продуктивных пластах
Минимизирует механическое воздействие на пробуренный открытый ствол скважины

Сохранение стабильности ствола скважины
Стабильность ствола скважины:
Физико-химическое воздействие на породы, слагающие геологический разрез
Набухание, осыпи и обвалы глин
Растворение солей
Растворение сульфат содержащих пород (гипсы и ангидриты)
Эти проблемы могут быть решены путем подбора рецептуры бурового раствора
Ингибирующие растворы
Минерализованные растворы
Растворы на углеводородной основе
Механическая эрозия стенок скважин
Турбулентное течение раствора в кольцевом пространстве

Охлаждение, смазка и поддержание ОК
Охлаждение долота и буровой компоновки, дальнейшее распределение теплоты от
источника по стволу скважины
Снижение коэффициента трения
Снижение веса обсадной колонны за счет выталкивающей силы
Благодаря охлаждающей и смазывающей способности раствора срок службы долот, двигателей и компонентов колонны значительно увеличивается.

Передача гидравлической энергии на забой скважины
С помощью гидравлической энергии можно добиться увеличения скорости проходки
Поток бурового раствора, движущийся через колонну бурильных труб обеспечивает:
Передачу гидравлической энергии забойному двигателю (вращение долота)
Оптимизацию гидромониторного эффекта насадок долота

Обеспечение информации о пробуренном разрезе
Сохранность шлама во время бурения
Обеспечение отбора керна
Обеспечение проведения каротажных работ

Сохранение эксплуатационных свойств пласта
Основная задача бурения — добыча углеводородов
Любое снижение естественной пористости или проницаемости пласта считается
нарушением его эксплуатационных свойств.
Наиболее вероятные нарушения эксплуатационных характеристик продуктивного пласта:
Попадание в материнскую породу компонентов раствора или выбуренной породы, закупорка пор
пласта;
Набухание глинистых пород коллектора, снижение проницаемости;
Образование эмульсионных пробок в коллекторах;
Изменение естественной водонасыщенности и смачиваемости коллектора.

Качественное цементирование
Одна из функций бурового раствора – создание условий, при которых в ствол скважины можно спустить ОК, зацементировать ее и успешно завершить бурение.
Буровой раствор должен оставаться жидким и снижать уровень пульсации давления
Вытеснение раствора перед началом цементирования должно быть эффективным
(буферными и продавочными жидкостями, цементом)
Легко удаляемая фильтрационная корка
Совместимость бурового и цементного растворов и их компонентов

Уменьшение коррозионной активности
Проблемы, связанные с коррозией могут возникнуть как на поверхности, так и внутри скважины в результате действия растворенных газов таких, как:
Кислород
Сероводород
Углекислый газ
Низкий уровень рН обычно усиливает действие коррозии.
Важная функция бурового раствора — поддержание допустимого уровня воздействия коррозии путем применения:
Ингибирования, создания химического барьера
Связывания и нейтрализации

Безопасность персонала и окружающей среды
Экологическая и токсикологическая безопасность (в соответствии с требованиями
местного законодательства и нормативных документов)
Минимальная токсичность бурового раствора (4 или 3 класс опасности)
Биоразлагаемость компонентов
Возможность утилизации бурового раствора